基于超宽带隙单晶 AlN 衍生的 XHEMTs
材料科学
2025-06-23 v1 应用物理
摘要
AlN 是 III-nitride 半导体家族中带隙最大的材料，具有优势，适合作为薄 GaN 通道的屏障，以实现场效应晶体管中的强载流子约束，类似于硅绝缘技术。与 SiO₂/Si/SiO₂ 不同，AlN/GaN/AlN 可完全等晶生长，从而实现适用于高频应用的高载流子迁移率。然而，开发这些异质结构和相关器件一直受制于应变管理、偏振效应、缺陷控制和电荷捕获等挑战。本文引入了 AlN 单晶高载流子迁移晶体管（XHEMT），这是一种新的氮化物晶体管技术，旨在解决上述问题。XHEMT 结构特点是生长在单晶 AlN 基板上的垂直 GaN 通道被 AlN 层包围。第一代 XHEMTs 在 10 GHz 下实现了 5.92 W/mm 输出功率和 65% 峰值功率新增效率，施加 17 V drain 电压。这些器件克服了传统 GaN HEMTs 的多个局限性——后者生长在晶格失配的异质基板上，引入不希望的晶体缺陷并加剧热阻。鉴于最近 100 mm AlN 基板的可用性以及 AlN 的高热导率（340 W/m·K），XHEMTs 在下一代射频电子器件方面显示出巨大的潜力。
引用
@article{arxiv.2506.16670,
title = {XHEMTs on Ultrawide Bandgap Single-Crystal AlN Substrates},
author = {Eungkyun Kim and Yu-Hsin Chen and Naomi Pieczulewski and Jimy Encomendero and David Anthony Muller and Debdeep Jena and Huili Grace Xing},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.16670},
year = {2025}
}